炭素繊維による水質浄化
炭素繊維とは?
炭素繊維のはたらき
炭素繊維による水質浄化の原理
炭素繊維による水質浄化効果
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 炭素繊維水質浄化材ミラカーボン

炭素繊維による水質浄化

炭素繊維とは?

 炭素繊維は、ほぼ炭素だけからできている繊維といえ、アクリル樹脂や石油、石炭からとれるピッチ等の有機物を繊維化して特殊な熱処理工程を経て作られる「微細な黒鉛結晶構造をもつ繊維状の炭素物質」です。「軽くて強く、腐食しない」先端機能材料といわれている炭素繊維は、軽くて優れた機械的な性質と、炭素質からくる優れた特性を併せもつため、いろいろな用途に幅広く使われています。

 炭素繊維の特長である大きな比表面積を、さらに賦活処理を施し大きくしたものが、活性炭素繊維です。活性炭素繊維は、その特長を活かした高機能吸着材として製品化されています。
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水利用(接触材として)に用いられる炭素繊維
 水質浄化材として、主に接触材に用いられる炭素繊維は、PAN系(ポリアクリロニトリル繊維を炭素化して作られる。)の繊維で一般工業用とは異なり、水中での広がりを持たせるため特殊なサイジング処理が施されています。現在の水質浄化材は、7ミクロンの微細なフィラメントが12,000本集まり房(束)となっているものを使用して作られています。

 注意
一般工業用炭素繊維を水質浄化用として販売されているものは、水利用向けにサイジング処理(のり付け)された炭素繊維製品とは異なりますのでご注意下さい。
水利用に表面処理された炭素繊維は、水中にてサイジング剤が溶け、繊維1本1本がばらけ広がります。一般工業用炭素繊維はエポキシ系のサイジング剤を使用しているため水中で溶けませんので、その効果は大きく異なります。
水質浄化用炭素繊維にて製造された水質浄化材は、「ミラカーボン」のみです。


炭素繊維による水の浄化は、環境に負荷をかけない経済的(安価)かつ効果的方法です。
炭素繊維の高い生物親和性により活性な生物膜を形成し、その微生物の働きで汚濁物質を捕集・分解します。
また炭素繊維は魚類を呼び寄せ、産卵や稚魚の養育環境である藻場としての機能を発揮します。


炭素繊維のはたらき

水質浄化のしくみ
 炭素繊維による水質浄化は、炭素繊維の微細なフィラメントの持つ大きな表面積による汚濁物質捕捉能力と、併せて付着する有用微生物群の形成する生物膜が汚濁物質を分解することで成されます。この水質浄化のしくみは、排水処理における生物膜処理方式を炭素繊維接触材にて行うものです。


炭素繊維を水中に入れると、繊維1本1本がばらけ広がる。



水中の汚濁物質や微生物が付着。



付着した微生物が、活性な生物膜を形成し、汚濁物質を分解

炭素繊維は、微生物を活性化させ、
魚類を呼び産卵や稚魚の養育環境の藻場となります。
水中に入れると繊維一本一本が広がります。

水中の汚濁物質や微生物が付着します。

付着した微生物が生物膜を形成します。
(写真は、炭素繊維を活性汚泥に入れたとき)
顕微鏡でみると微生物が確認できます。


炭素繊維の揺れ
 水中で炭素繊維が揺れることにより、汚濁物質と微生物膜が多く接触し分解処理が効率的に行われます。また、高い弾性率をもつ炭素繊維が、水中で揺れながらネットポンプ運動といわれる変形−回復の運動を繰り返すことで、微生物膜内の物質移動はより活発となります。

炭素繊維の揺れによる水の動きと汚濁物質分解 微生物膜内の微生物の主な栄養(汚濁)物質と代謝成物


炭素繊維による水質浄化の原理

有機物の分解
 微生物群には、好気性菌(酸素を好む菌)と嫌気性菌(無酸素を好む菌)とが良く分散した状態で存在します。好気条件下では好気性菌により有機物は二酸化炭素と水などに分解され、嫌気条件下では嫌気性菌により有機物はメタン、二酸化炭素などに分解されます。

好気・嫌気条件下の有機物分解 生物膜による有機物分解


栄養塩類(窒素・リン)の除去
 微生物群には、脱窒細菌が存在し、硝化反応により形成された硝酸性窒素を窒素ガスに分解し大気に拡散させます。また、微生物はリン酸イオンをポリリン酸として蓄積するため、水中よりリンも除去されます。炭素繊維には鉄イオンを溶出させる働きがあり、鉄イオンとリン酸イオンが反応するとリン酸鉄となって不溶化し固定化されます。

生物学的窒素除去 生物・化学的リン除去

 注意  
炭素繊維による水質浄化は、炭素繊維自体の吸着効果だけではなく、繊維に固着する微生物膜の働きによるので、微生物膜が形成されない環境では水質浄化効果は現れづらくなります。また、もともと微生物のいない環境や貧酸素状態(溶存酸素DO不足)、流れの全くない状態では効果が現れるまで長い時間を要します。
したがって、より高い水質浄化効果を得る場合には、微生物環境をつくることが重要です。(対策:酸素供給、循環等)

         
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炭素繊維による水質浄化効果

  炭素繊維による水質浄化の効果は、短時間での透視度(SS)の改善、COD及びBODの低減も顕著であり全窒素および全リンに関しても浄化効果が確認されています。

炭素繊維による水質浄化項目の除去率(%)
項目 河川 湖沼 下水
  BOD 生物化学的酸素要求量 50〜70 20〜90 90〜95
  SS  浮遊性懸濁物 50〜70 20〜90 90〜95
  TN  全窒素 10〜30 10〜30 30〜70
  TP  全リン 10〜50 30〜90 30〜50
 

特許

炭素繊維による水利用(水質浄化及び藻場形成)は、特許技術となります。
【特許3331372】 炭素繊維人工藻場および複数種類の炭素繊維人工藻を
               組み合わせてなる炭素繊維人工藻場システム

【特許3328700】 排水浄化方法

【特許3080567】 人工藻場

【特許2954509】 接触酸化式水浄化装置における接触濾材

本技術は(独)科学技術振興機構との許諾により、当社にて事業推進しています。
ミラカーボンを事業目的でお使いになる場合はお問い合せ下さい。



炭素繊維水質浄化材の設置に関わる特許
【特開2009−195848】 水質浄化構造物(浮き島式)

【特開2009−195849】 水質浄化構造物(ロープ吊り下げ式)

【特開2009−195850】 水質浄化ユニットおよび水質浄化システム

出願人  株式会社ソーエン




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